可变配气相位控制系统的优化设计及仿真研究

发动机电液全可变配气系统建模与同步仿真路勇;李建;李博;熊丽君;侯秀芹【摘要】发动机电液全可变配气技术能突破传统机械凸轮机构的限制,实现气阀配气参数柔性调节,改善柴油机性能.为了研究全可变配气系统对柴油机性能的影响,基于CY4102BG柴油机,借助GT-power建立柴油机整机与全可变配气系统的同步仿真模型,利用优化得到的气阀运动最佳配气参数,完成电液全可变配气柴油机的性能同步仿真.仿真实验结果表明:在中低转速工况下,柴油机有效功率的增幅为0.33%~5.65%,有效油耗率的降幅为0.33%~5.35%;在高转速工况下,柴油机的性能改善不明显.%Fully variable electro-hydraulic valve technology can realize the flexible regulation of valve parameters, improve the performance of diesel engine, and thus overcome the limitations of traditional mechanical cam mechanisms.By using a CY4102BG diesel engine and GT-power, we established a synchronous simulation model on the complete diesel engine and the full variable valve system.These steps were carried out to study the effect of a fully variable gas distribution system on diesel engine performance.Furthermore, by using the optimum gas distribution parameters on valve motion, which were attained via optimization, we achieved the synchronous simulation on the performances of the electro-hydraulic full variable distribution diesel engine.The simulation results indicate that, under the low-speed conditions, the effective power of a diesel engine can be improved by 0.33%~5.65% and that fuel consumption rate can be reduced by 0.33%~5.35%.However, the improvement is not significant under high-speed conditions.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2017(038)007【总页数】6页(P1129-1134)【关键词】发动机;电液;全可变配气;建模;同步仿真;配气参数【作者】路勇;李建;李博;熊丽君;侯秀芹【作者单位】哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TK421.3随着内燃机行业的高速发展，低能耗和低污染已经成为发动机的发展目标。

基于AMESim和遗传算法的发动机配气相位仿真与优化张文铎;王自勤;田丰果;陈家兑【摘要】为了验证一种新型全可变配气系统的工作效果和为下一步发动机台架试验提供数据参考,基于AMEsim软件建立了单缸自然吸气汽油发动机模型,并以函数模块形式在发动机模型中嵌入上述新型全可变配气系统.结合上述全可变配气系统的调节特性,使用遗传算法对全可变配气系统的配气调节参数进行优化,分别以最大充量系数和最小泵气损失为优化目标,得到满负荷不同转速下的最佳进气晚关角和排气早开角.经过优化,发动机充量系数和扭矩均有一定程度提高.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】5页(P20-23,28)【关键词】全可变配气系统;发动机;AMESim;遗产算法;优化;配气相位【作者】张文铎;王自勤;田丰果;陈家兑【作者单位】贵州大学现代制造技术教育部重点实验室,贵州贵阳550000;贵州大学现代制造技术教育部重点实验室,贵州贵阳550000;贵州大学现代制造技术教育部重点实验室,贵州贵阳550000;贵州大学现代制造技术教育部重点实验室,贵州贵阳550000【正文语种】中文【中图分类】TH16;TK417发动机可变配气技术是通过改变发动机进、排气门开启和关闭时刻以及气门升程，以满足发动机不同转速和负荷工况下对进、排气流通特性的要求，从而有效地提高充气效率，改善发动机的燃油经济性、动力性和排放[1-4]。

目前，国外实现大规模商用的技术方案有丰田的VVT-i，本田的i-VETC，宝马的Valvetronic等，这些技术方案主要是基于机械式的，只能实现改变凸轮轴转角或者凸轮形线的阶段式突变或者配气相位和升程的有限连续可变[2-3]。

而国内对此项技术研究起步相对较晚，国产汽车厂商主要以仿制国外技术为主，缺少拥有自主知识产权的可变配气技术。

贵州大学发动机可变配气技术课题组提出了一种基于机械与液压装置的新型全可变配气系统，可对气门相位角和气门升程的进行独立、连续调节，能满足发动机各个转速和负荷工况下的最佳配气策略需求。

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动力学配气机构试验分析仿真与优化【摘要】目前机械系统设计分析的有力手段是多体系统动力学运用到机械的仿真中，本文针对某发动机配气机构系统，建立参数化的多体系统动力学模型，以多体系统动力学分析软件ADAMS为仿真平台。

采用试验设计的方法进行动力学仿真试验，分析出对响应影响显著的因子，运用回归分析得到响应变量关于试验因子的响应面方程，以此作为优化目标进行寻优计算，实现了对配气机构的设计参数和局部凸轮型线的动力学优化。

【关键词】动力学;配气机构;参数;仿真与优化1.引言配气机构作为内燃机的重要组成部分，四冲程的内燃机都采用气门式配气构机构。

由于配气机构的设计又在很大程度上影响内燃机的动力性与可靠性，其性能好坏对内燃机的性能指标有着重要的影响。

配气机构系统动力学模型有很多种。

一般来说，低速系统配气机构，转速低、载荷小，进行运动学分析即可。

对于中速系统，转速和载荷较高，气门偏离理论运动规律较大，并出现构件在润滑、磨损、强度等方面问题，因此需要用动力学模型研究其动力学特性。

对于高速系统，转速和载荷很大，气门将显著偏离理论运动规律，并受到机构在开始和落座时的冲击反跳，在工作阶段的飞脱，以及润滑、磨损、强度等多方面问题制约，必须用动力学模型研究其特性，并尽可能考虑非线性因素的影响。

目前运用比较多的配气机构动力学模型有离散质量模型—包括单质量模型，多质量模型以及多体动力学模型，有限元模型等。

随着计算机技术、传感器技术以及信号处理相关方法和技术的发展，配气机构的实验也能更精确地反映配气机构工作情况下的实际情况和得到更精确的动力学数据。

实验的目的不仅仅是得到配气机构的动力特征，也可以通过实验得到模型的原始数据。

由于配气机构组件在高速运动过程中表现出一定的柔性特征，部分组件产生一定的变形，导致组件的实际运动规律偏离凸轮型线。

而配气机构动力学特性实验可以测量机构组件的实际运动规律，分析配气机构参数对组件实际运动规律的影响。

摘要2一、可变气门正时技术3（一）、可变气门正时系统的原理31、可变配气相位调整原理42、可变配气相位技术条件5（二）、可变气门正时技术的现状5（三）、可变气门正时技术的发展趋势6二、国内外可变气门配气机构的现状和发展趋势7（一）、可变配气机构分类7（二）、可变气门技术的发展现状7三、可变配气相位技术研究意义8三、连续可变配气凸轮轴设计浅析9（一）、连续可变凸轮轴作用9（二）、连续可变配气凸轮轴的工作原理9（三）、连续可变配气凸轮轴与传统可变配气技术凸轮轴优缺点比较9（四）、可变配气相位技术条件11四、可变气门正时技术的发展趋势11参考文献13本文介绍了从进气晚关角及进排气的动态效应几方面着手，不断改进发动机的配气相位以及进排气系统，使发动机的实际性能曲线逐步接近计算机仿真曲线。

配气相位、进气门间隙、排气门间隙、转速、负荷五个调整参数之间是相互影响的。

通过在配气机构多刚体模型中引入柔性体,描述了配气机构的动力学性能。

建立了柔性体气门弹簧,分析了气门弹簧动刚度的非线性行为,并且依据模态技术计算得到其动态应力。

该方法为优化设计配气机构等机械产品及对其进行疲劳性能研究提供了依据。

该仪器可检测各种汽、柴油发动机的启动性能、高压点火性能、燃油喷射性能、充电性能、动力性能、配气相位、发动机异响震动分析等30余种技术参数，并分析故障产生的原因、检测过程中，可随时显示各种波形及技术参数和结果并可随机打印，该仪器内存有一百多种国内外发动机技术参数，内容十分丰富，随时可以与检测结果对比。

Passat B5轿车有4缸和6缸两种发动机,4缸机有4G54与4G64两种型号,6缸机型号为6G72,其配气机构均采用顶置凸轮轴式配气机构。

介绍了气门间隙自动调整器的结构、工作原理,以及其维护与保养。

目前，汽车工业的发展正在面临着两个主要问题——能源的枯竭与环境的污染。

汽车发动机的配气相位对其动力性、经济性以及排气污染都有重要的影响，在传统汽车发动机中，发动机转速变化时，气流的速度和进排气门早开迟闭的绝对时间都发生了变化，由于发动机的气门开闭由凸轮驱动，进、排气门的早开角、迟闭角固定不变，这实际上只能使发动机在某一转速范围下处于最佳的配气相位，而在发动机转速很低或者很高的时候，其配气相位处于不理想的状态。

发动机电液全可变配气机构设计与仿真研究
陆传荣;路勇;李建;侯秀芹
【期刊名称】《应用科技》
【年(卷),期】2017(044)001
【摘要】为了突破传统机械凸轮机构的限制，改善柴油机任意工况下的动力性、
经济性和排放性能。

本文根据发动机全可变配气性能要求，设计一套基于电液驱动的全可变配气驱动系统，在分析配气机构工作原理基础上，基于GT⁃power建立
电液驱动执行器和控制器模型，仿真分析不同工况下全可变气阀的升程和落座速度。

结果表明该系统可以实现气阀开启相位、升程以及持续期的全可变，气阀落座冲击较小，可以实现发动机的全可变配气控制需要。

【总页数】5页(P57-61)
【作者】陆传荣;路勇;李建;侯秀芹
【作者单位】海军驻上海711所军事代表室，上海201108;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TK421.4
【相关文献】
1.发动机可变配气机构的研究进展 [J], 郭建;苏铁熊;王军
2.摩托车发动机三维凸轮可变配气机构的研究 [J], 耿爱农;李辛沫;王大承;李建春
3.某小排量发动机可变配气机构试验研究 [J], 黄旭; 李冲霄; 尹琪
4.某小排量发动机可变配气机构试验研究 [J], 黄旭; 李冲霄; 尹琪
5.基于发动机配气机构的液压可变气门驱动系统研究 [J], 郑利锋;苑明海
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动机比油耗为式（2
在式（1）中，
K1是一个常量，
m汽车发动机的机械效率。

在式（2）中，p
江苏省科技型中小企业技术创新资金（12C26213202387）。

在式（3）中，K
图1 换气损失比较图 2 不同气门升程进气流速对比76 集成电路应用 第35卷第5期（总第296期）2018年5月
它们的开启和关闭是要有一个过程的。

由于受到发动机曲轴转速的限制，所以，只有发动机的曲
在这上面，目前无凸轮式发动机的进排气门开闭控制技术是有优势的，这种技术下，发动机进排气门开闭速度不再受曲轴转速的影响，进排气门的开启和关闭，只占发动机气门开闭持续阶段很小一部分。

保证了发动机在各转速下的充气
同时，进排气门不再受曲轴驱动，省去了曲轴驱动气门的能量，使发动机的整体效率得到一
目前各品牌汽车采用的可变配气相位技术，）保持汽车发动机的进排气门升程和持续变，通过改变发动机凸轮轴的相对转角，这种可变配气相位控制技术，是未来汽车发动机可变配气相位发展趋势。

6 结语
目前汽车发动机基本都是多气门的单凸轮轴和双凸轮轴，在双凸轮轴发动机上，单独控制进、排气凸轮轴，可以很方便对汽车发动机的进气门关闭角和气门重叠角进地有效控制。

如果发动机是单凸轮轴，针对凸轮轴结构的较小改动，也可以实现对进气门配气相位的控制。

对进气凸轮轴实施调相法，能够显著提高发动机性能。

而这种可变配气相位技术，对原有发动机改动量较小，只需要在原发动机上加一套附加机构，易于实现，便于推广研究。

参考文献
图 3 不同气门升程换气损失对比。

理想可变配气相位技术分析姓名：张文所在单位：山东华宇职业技术学院汽车新技术正朝着提高汽车经济性、安全性、舒适性和环保性方向快速发展。

大量电子控制技术的应用，使汽车对经济性、安全性、舒适性和环保性等性能变化可以进行精确的控制，使汽车的各种性能可随发动机工况变化而更加合理的精确的进行变化。

例如，电控燃油喷射系统、点火正时、怠速控制等技术的发展，实现了对可燃混合气浓度的精确控制，使可燃混合气可以完全燃烧，提高了经济性，减少环境污染。

可变配气相位技术虽在很大程度上提高了发动机的动力性能。

但都没有完全实现理想的可变配气相位变化。

一、发动机动力性能对配气相位的理想要求：〈一〉影响充气系数的主要因素：1、压缩比提高压缩比，使气缸余隙容积相对减少，气缸内残余废气量相对减少，进气初期废气膨胀后所占空间减少，新鲜混合气所占空间增大，从而增大了进气量，充气系数提高。

2、进气终了参数1）进气终了压力进气终了压力是指进气行程末期气缸内的可燃混合气压力，提高进气末期气缸内的压力，相对增大了缸内可燃混合气的密度，增大了进气量，使充气系数增加。

2）进气终了温度新鲜混合气在进入气缸的过程中和在气缸中，总要受高温机件和残余废气加热的影响，混合气受热越多，温度升高越多，气体的密度越小，充气系数就越小。

降低进气终了温度，可提高充气系数。

3、排气终了压力由于排气系统阻力的存在，排气终了时缸内残余废气的压力总要高于大气压力。

排气终了时缸内压力高、密度大，废气量多，残余废气系数就大，充气系数下降。

残余废气的压力，主要取决于排气系统的阻力，特别是排气门处的阻力。

降低排气阻力，可提高充气系数。

4、负荷汽油机的功率调节属于量调节，是靠调节节气门的开度来调节负荷的大小，负荷小，节气门开度小，节气门处节流损失增加，使进气阻力增大，进气终了压力减小，充气系数减小。

5、转速气体流动阻力除了与进排气系统的结构有关外，还取决于气体的流速。

气体流动阻力与流速的平方成正比，而流速与转速成正比。

车辆工程技术50车辆技术1　绪论 随着汽车行业的快速发展，原有的固定配气相位机构的缺点逐渐显现出来，而配气相位机构作为汽车发动机的重要组成部分，传统的固定配气相位机构[1-2]已不能满足人们对于汽车发动机性能的要求，而可变配气相位机构能够大大提高发动机的动力性和经济行性、有效降低废物排放[3]、改善怠速稳定性和低速平稳性，全球的汽车生产厂家和科研部门都致力于研究一种可变配气相位机构来进一步改善发动机的性能，因此发明一种新型可变配气相位机构已迫在眉睫。

2　可变配气相位的原理 新型可变配气相位机构基于原有固定配气相位机构的缺点，综合各种可变配气相位的优缺点，采用机械式与电气控制结合的方式设计可变配气相位机构，设计时主要控制进气门关闭角。

改善发动机的配气机构对于提高发动机性能极为重要，同一工况下，拥有更优良的配气机构的发动机往往拥有更好的性能，通过大量实验表明，在气门重叠角不变的情况下，进气门关闭角加大，使有效压力的峰值移向高速；反之则移向低速。

传统的固定相位配气机构一般是机械式，采用弹簧以及对凸轮轴进行改进，这种方式能够使发动机在某一转速范围内进气门关闭角增大从而得到最大进气有效压力，但是对于低于或超出这一转速范围的工况，这种方式反而会影响发动机的动力性，假如进气门关闭角可控，使发动机在任何工况下都能够得到最大有效进气压力，那么发动机的动力性将会得到大大改善。

通常高速汽油机配气相位设置偏重高转速，进气门关闭角较大，发动机在怠速或低速运行时，气缸内的混合气会回到进气管中，使缸内燃烧不稳定，功率下降，怠速不稳定。

如果进气门关闭角可变的话，发动机在怠速或低速工况下进气门闭合角适当减小，这样发动机在怠速或低速时依然能够有较好的动力性和稳定性。

新型可变配气相位机构采用电阻尼与弹簧结合方式，传统配气机构凸轮轴与弹簧结合使进气门能够以固定进气闭合角进气，凸轮离开时进气门在弹簧的作用下紧接着闭合，如果这时有一个阻尼作用在气门上，抑制进气门的关闭，使进气闭合角增大，这种情况下就可以在高速工况下提高了发动机的动力性，而采用阻尼系数可变的电阻尼，施加一定电气控制，就可以精确的改变进气门闭合角，在低速下减小闭合角，高速下增大闭合角，从而提高发动机的性能。